工程师找到了一种将二氧化碳转化为有用产品的新方法

麻省理工学院的化学工程师设计了一种将二氧化碳转化为一氧化碳的有效方法，一氧化碳是一种化学前体，可用于生成有用的化合物，例如乙醇和其他燃料。

如果扩大到工业用途，这一过程可以帮助去除发电厂和其他来源的二氧化碳，从而减少释放到大气中的温室气体量。

“这将使您能够从排放物或溶解在海洋中的二氧化碳中提取二氧化碳，并将其转化为有利可图的化学品。这确实是脱碳的一条前进之路，因为我们可以将二氧化碳(一种温室气体)转化为可用于生产的物质。对化学制造很有用，”保罗·M·库克化学工程职业发展助理教授、该研究的资深作者ArielFurst说道。

新方法利用电力来进行化学转化，并借助通过DNA链连接到电极表面的催化剂。这种DNA的作用就像Velcro一样，可以使所有反应组分保持紧密靠近，从而使反应比所有组分都漂浮在溶液中时效率更高。

Furst成立了一家名为HelixCarbon的公司来进一步开发该技术。该论文的第一作者是前麻省理工学院博士后范刚，该论文发表在《美国化学会志》上。其他作者包括NathanCorbin博士。'21，钟敏珠博士'23，前麻省理工学院博士后ThomasGill和AmrutaKarbelkar，以及EvanMoore'23。

分解CO2

将二氧化碳转化为有用的产品需要首先将其转化为一氧化碳。实现这一目标的一种方法是使用电力，但这种类型的电催化所需的能量非常昂贵。

为了降低这些成本，研究人员尝试使用电催化剂，它可以加速反应并减少需要添加到系统中的能量。用于该反应的一种催化剂是一类称为卟啉的分子，其含有铁或钴等金属，其结构与血液中携带氧气的血红素分子相似。

在这种类型的电化学反应中，二氧化碳溶解在电化学装置内的水中，该装置包含驱动反应的电极。催化剂也悬浮在溶液中。然而，这种设置效率不是很高，因为二氧化碳和催化剂需要在电极表面相遇，而这种情况并不经常发生。

为了使反应更频繁地发生，从而提高电化学转换的效率，福斯特开始研究将催化剂附着在电极表面的方法。DNA似乎是该应用的理想选择。

“DNA相对便宜，你可以对其进行化学修饰，并且可以通过改变序列来控制两条链之间的相互作用，”她说。“它就像一个特定序列的尼龙搭扣，具有非常强但可逆的相互作用，你可以控制。”

为了将单链DNA连接到碳电极上，研究人员使用了两个“化学手柄”，一个位于DNA上，一个位于电极上。这些手柄可以扣在一起，形成永久的结合。然后将互补的DNA序列附着到卟啉催化剂上，这样当催化剂添加到溶液中时，它将与已经附着在电极上的DNA可逆地结合——就像Velcro一样。

一旦这个系统建立起来，研究人员就向电极施加电势(或偏压)，催化剂利用这种能量将溶液中的二氧化碳转化为一氧化碳。该反应还从水中产生少量氢气。催化剂磨损后，可以通过加热系统打破两条DNA链之间的可逆键，将其从表面释放出来，并用新的键替换。

高效反应

利用这种方法，研究人员能够将反应的法拉第效率提高到100%，这意味着进入系统的所有电能都直接进入化学反应，没有任何能量浪费。当催化剂没有被DNA束缚时，法拉第效率仅为40%左右。

弗斯特说，这项技术可以很容易地扩大到工业用途，因为研究人员使用的碳电极比传统的金属电极便宜得多。该催化剂也很便宜，因为它们不含任何贵金属，并且电极表面上只需要少量的催化剂。

通过更换不同的催化剂，研究人员计划尝试使用这种方法生产甲醇和乙醇等其他产品。Furst创办的HelixCarbon公司也在致力于进一步开发该技术以实现潜在的商业用途。

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